TESS da NASA revela milhares de candidatos a exoplanetas escondidos em dados de 2018

Em 2018, um satélite de varredura do céu completou seu primeiro ano de coleta de dados, registrando curvas de brilho de dezenas de milhões de estrelas.

Os astrônomos analisaram primeiro os alvos mais brilhantes e, em seguida, passaram a confirmar mundos.

Só que a maior parte do que a espaçonave havia registrado ficou parada no arquivo - milhões de registros de brilho, sem exame por anos.

Recentemente, uma equipe criou ferramentas para vasculhar todos esses registros.

A quantidade de candidatos a planetas ocultos que eles encontraram acabou ficando muito acima do que a área previa.

Planetas escondidos em dados antigos

O telescópio TESS da NASA - sigla de Transiting Exoplanet Survey Satellite - vem monitorando o céu desde 2018.

O TESS observa estrelas em busca de pequenas quedas repetidas de brilho, a sombra característica de um planeta passando à frente de sua estrela hospedeira.

Ao longo de toda a missão, o satélite já sinalizou perto de 8,000 candidatos a planeta. A maioria deles orbita estrelas brilhantes o suficiente para permitir acompanhamento com relativa facilidade. Já a parte mais fraca do catálogo permaneceu pouco preenchida.

Joshua T. Roth, pós-graduando do Departamento de Ciências Astrofísicas da Universidade de Princeton, liderou a nova busca.

Roth e seus colegas suspeitavam que havia muito mais planetas ainda enterrados justamente nessa extremidade mais fraca do catálogo.

Para testar a ideia, eles montaram um fluxo de processamento baseado em aprendizado de máquina e o aplicaram ao primeiro ano de dados do TESS.

Os totais retornaram acima de qualquer expectativa: a varredura apontou 11,554 candidatos a planeta - 10,091 deles nunca tinham sido identificados.

Olhando além das estrelas brilhantes

A luz de uma estrela fraca é mais desordenada. Impactos de raios cósmicos, falhas ocasionais dos instrumentos e a leve oscilação da espaçonave deixam marcas no registro de brilho.

Por isso, a maior parte das buscas no TESS se concentra em estrelas mais brilhantes do que cerca de 13ª magnitude. Esse limite vinha deixando planetas reais de fora.

Em um artigo anterior, o mesmo grupo já havia construído curvas de luz limpas - registros de brilho ao longo do tempo - para todas as estrelas do TESS até 16ª magnitude, muitas vezes mais fracas do que as listas normalmente usadas nas buscas.

O resultado foi um volume gigantesco: aproximadamente 84 milhões de registros de brilho distribuídos por cerca de 54 milhões de estrelas.

Uma pergunta orienta esse esforço. Quantos desses traços irregulares carregam a assinatura fraca e repetitiva de um mundo cruzando a frente de sua estrela?

Separando planetas de falsos positivos

O grupo de Roth desenvolveu um software que aprende a classificar. Eles empregaram um classificador de floresta aleatória - um sistema de votação em que programas independentes avaliam se um registro de brilho indica um planeta, um par de estrelas eclipsantes ou apenas ruído.

O treinamento foi tão importante quanto a arquitetura. A equipe alimentou o sistema com milhares de sinais de planetas confirmados, binárias eclipsantes reais obtidas de um catálogo publicado e trânsitos simulados inseridos em dados reais.

Com o tempo, o algoritmo aprendeu a diferenciar planetas verdadeiros de impostores.

Ainda assim, um único modelo não bastava. O sinal de uma estrela brilhante tem características diferentes do de uma estrela fraca, e um único classificador perdia precisão na faixa mais escura.

Assim, a equipe treinou dois classificadores separados. Um ficou responsável pelas estrelas mais brilhantes, enquanto o segundo se concentrou nos registros mais ruidosos e fracos, onde os pesquisadores esperavam que a maior parte dos planetas ainda desconhecidos estivesse escondida.

Um Júpiter quente confirmado

Classificar tantos sinais levanta uma preocupação inevitável: quantos deles não são planetas de fato?

Para verificar, o grupo escolheu um candidato promissor e fez observações de acompanhamento com o telescópio Magellan, no Chile.

O acompanhamento confirmou um Júpiter quente - um gigante gasoso que orbita sua estrela em poucos dias.

A estrela hospedeira, por sua vez, revelou-se velha e pobre em metais, localizada no disco espesso da Via Láctea, formada quando os elementos pesados da galáxia ainda eram escassos. Para um planeta desse porte, trata-se de um lar incomum.

Roth disse a repórteres que espera que entre 3,000 e 5,000 dos novos candidatos resistam a análises mais rigorosas e se confirmem como planetas reais.

Isso, por si só, representaria um dos maiores aumentos no número de planetas conhecidos desde o início do TESS.

Dobrar o catálogo

Os 411 eventos de trânsito único na nova lista chamam atenção por si só. Em cada um deles, o satélite registrou apenas uma queda de brilho, de modo que o período orbital permanece desconhecido.

Muitos provavelmente são mundos de período mais longo, que poderão ser capturados em futuras rodadas de observação do TESS.

Vários dos novos candidatos também se estendem para distâncias maiores. Alguns aparecem em torno de estrelas a aproximadamente 6,800 anos-luz, em direção ao centro da Via Láctea.

Na prática, essa distância quase dobra o volume de espaço do qual a missão vinha extraindo trânsitos.

Os períodos orbitais vão de 12 horas até cerca de 27 dias. Essa faixa favorece a detecção de gigantes gasosos próximos e deixa planetas realmente semelhantes à Terra - com órbitas longas e lentas - fora de alcance.

Direções para pesquisas futuras

Antes deste trabalho, a ideia de que milhares de planetas estavam escondidos nos dados fracos do TESS existia apenas em estudos de projeção.

A nova busca transforma essa expectativa em números. Um classificador bem treinado consegue extrair sinais planetários de registros barulhentos demais para equipes humanas.

Para os astrônomos, isso abre um tipo diferente de mapa. O Telescópio Espacial James Webb e a próxima geração de grandes observatórios terrestres passam a ter um conjunto muito mais amplo de alvos, incluindo mundos pequenos, fracos e distantes que não apareciam em listas anteriores.

O catálogo também oferece aos teóricos o primeiro olhar mais de perto para planetas em torno da metade mais fraca das estrelas próximas.

Agora, tendências sobre como planetas se formam e sobrevivem ao redor de estrelas fracas e pobres em metais podem ser testadas com uma amostra que finalmente as inclui.

Crédito da imagem: NASA